Ликвидация трещины в алюминиевом поддоне автомобиля
Содержание
1. Постановка задачи
2. Основные трудности сварки алюминия и его сплавов
3. Сварка вольфрамовым электродом переменным симметричным током
4. Технология ремонта
5. Оборудование для сварки
6. Контроль сварного шва
Список литературы
1. Постановка задачи
В процессе эксплуатации автомобиля после удара поддоном о твердый предмет в поддоне образовалась прямая трещина. Требуется немедленная ликвидации трещины (заварка), с целью препятствия дальнейшего разрушения.
Поддон толщиной 4 мм. Материал поддона сплав на основе алюминия АМГ3 (Mg = 3,2-3,8; Mn = 0,3-0,6; Si =0,5-0,8; остальное Al), в сварных соединениях данный сплав способен сохранять до 95% от прочности основного металла при высокой пластичности и высокой коррозионной стойкости.
2. Основные трудности сварки алюминия и его сплавов
К ним относятся:
1. Наличие и возможность образования тугоплавкого окисла Al2O3 (Tпл = 2050ºС) с плотностью больше, чем у алюминия, затрудняет сплавление кромок соединения и способствует загрязнению металла шва частичками этой пленки.
2. Резкое падение прочности при высоких температурах может привести к разрушению (проваливанию) твердого металла нерасплавившейся части кромок под действием веса сварочной ванны. В связи с высокой жидкотекучестью, алюминий может вытекать через корень шва.
3. В связи с большой величиной коэффициента линейного и низким модулем упругости сплав имеет повышенную склонность к короблению. Уровень сварочных деформаций в 1,5-2 раза выше, чем у аналогичных стальных конструкций.
4. Необходима самая тщательная химическая очистка сварочной проволоки и механическая очистка и обезжиривание свариваемых кромок. В связи с резким повышением растворимости газов в нагретом металле и задержкой их в металле при его остывании возникает интенсивная пористость, обусловленная водородом, приводящая к снижению прочности и пластичности металла. Предварительный и сопутствующий подогрев замедляет кристаллизацию металла сварочной ванны, что способствует более полному удалению газов и снижению пористости.
5. Вследствие высокой теплопроводности алюминия необходимо применение мощных источников теплоты. С этой точки зрения в ряде случаев желательны подогрев начальных участков шва до температуры 120-1500 0С или применение предварительного и сопутствующего подогрева.
6. Металл шва склонен к возникновению трещин в связи с грубой столбчатой структурой металла шва и выделением по границам зерен легкосплавных эвтектик, а также развитием значительных усадочных напряжений в результате высокой литейной усадки алюминия (7%).
Окисная пленка на поверхности алюминия и его сплавов затрудняет процесс сварки. Обладая высокой температурой плавления (2050ºС) она не растворяется в жидком металле в процессе сварки. Попадая в ванну, она затрудняет сплавление между собой частиц металла и ухудшает формирование шва.
Для устранения окисных включений в металле швов используют удаляемые подкладки из коррозионно-стойкой стали, других металлов с повышенной температурой плавления, а также меди, благодаря ее высокой теплопроводности.
Используют также остающиеся подкладки из свариваемого алюминиевого сплава или разделку кромок с обратной стороны шва, что обеспечивает удаление окисных включений из стыка в канавку подкладки.
Рис.1 Форма поперечного сечения канавки в подкладке, формирующей обратную сторону стыкового шва: а - прямоугольная; б - квадратная со скругленными кромками; в - квадратная, наклонная.
Подкладка, формирующая обратную сторону стыкового шва, имеет канавку, различные формы которой представлены на рис.1 Чаще всего используют канавки прямоугольной формы (рис.1, а), которые обеспечивают стабильные условия для формирования шва и удаления окисных пленок при довольно значительных смещениях линии стыка и дуги от оси канавки
Рис.2 Схема удаления окисных пленок из корня шва при односторонней сварке стыковых соединений на подкладке с канавкой: 1 - электрод; 2 - свариваемый металл; 3 - расплавленный металл сварочной ванны; 4 - окисные пленки на поверхности соединяемых кромок; 5 - подкладка с канавкой; 6 - металл шва.
Вероятность полного удаления окисных пленок с торцевых поверхностей свариваемых кромок повышается с увеличением глубины канавки. В то же время слишком глубокая канавка требует дополнительного расхода сварочной проволоки для ее заполнения, а чрезмерно высокий валик на обратной стороне шва будет способствовать концентрации напряжений в зоне сплавления. На практике обычно применяют подкладки с глубиной канавки 1,2-2 мм.
3. Сварка вольфрамовым электродом переменным симметричным током
Питание дуги осуществляется переменным током от источников с падающими внешними характеристиками. Существует справедливое мнение, что аргонодуговую сварку необходимо производить на штыковых или крутопадающих внешних вольтамперных характеристиках. Это обусловлено тем, что в указанном случае минимален пусковой бросок тока, что резко улучшает свойства сварного соединения. Переменный ток дуги при сварке алюминия обеспечивает разрушение окисной пленки. Для повышения стабильности горения электрической дуги и эффективного разрушения окисной пленки, кроме падающей внешней характеристики источника и постоянной работы осциллятора используют дополнительную индуктивность (дроссель) в цепи дуги (обеспечивает дополнительную ЭДС самоиндукции и не позволяет погаснуть электрической дуге). Осцилляторы выполняют две функции - бесконтактное зажигание электрической дуги и стабилизацию сварочного тока в момент прохождения через ноль специальными стабилизаторами, синхронизированными со сварочным током и включенными, как правило, параллельно электрической дуге. Последние устройства обычно совмещают с осцилляторами. Электрическая дуга горит между изделием и неплавящимся вольфрамовым электродом. Для повышения стабильности горения электрической дуги рекомендуется тщательно затачивать конец вольфрамового электрода. Симметричность тока обеспечивает равную проплавляющую и очищающую способность электрической дуги. Это самый простой и распространенный способ аргонодуговой сварки.
4. Технология ремонта
Снять поддон, очистить от грязи и масла, промыть, просушить.
2. Механическая зачистка с помощью металлических щеток (вручную или с помощью УШМ).
3. Обезжирить место сварки в водном растворе следующего состава: 40-50 г/л тринатрийфосфата (Na3PO4.12H2O), 35-50 г/л кальцинированной соды (Na2CO3) и 25-30 г/л жидкого стекла (Na2SiO3). Время обезжиривания примерно 5 минут, температура раствора 60-700С.
4. Далее свариваемые детали и проволоку подвергнуть травлению в течении 1-3 мин в 5% растворе щелочи NaOH или KOH.
5. После этого остатки щелочи и продукты реакции смыть сначала горячей, а потом холодной водой.
6. После промывки детали пассивировать 20% азотной кислотой (HNO3), нагретой до температуры 600С. Извлеченные из азотной кислоты детали промывают холодной, затем горячей водой и сушат.
7. Предварительный подогрев:
| Сплав | Толщина металла, мм | Температура, 0С | Продолжительность нагрева, мин |
| АМг3, АМг4, АМг5 | < 12 | 100 150 | 30 - 10 |
8. Для сварки использовать ручную дуговую сварку неплавящимся электродом на переменном токе. В качестве защитного газа применить аргон чистотой не менее 99,9% (по ГОСТ 10157-73, сорта: высший, первый и второй) или смеси аргона с гелием.
Использовать вольфрамовые электроды и присадочную проволоку диаметром 2-2,5 мм.
Ток 110-130 А, расход газа 8-9 литров.
С обратной стороны подложить подкладку с впадиной прямоугольной формы глубиной 2 мм, материал Сталь 20.
Требования к квалификации сварщика: не ниже 4-го разряда.
| Режимы для сварки сплава АМГ3 | |||||
| Сварочный ток (А) | Диам. Проволоки (мм) | МаркаПроволоки(присадка) | Вид защитного газа | Расход газа (л/мин) | Способ сварки |
| 110-130 | 2-2,5 | СвАМГ3 | Аргон, либо смесь аргона и гелия | 8-9 | Ручная аргоно-дуговая |
5. Оборудование для сварки
Установки УДГ для сварки изделий из легких сплавов.
Установки УДГ-301 и УДГ-501 рассчитаны на повторно-кратковременный режим работы при принудительном воздушном охлаждении. Сварка производится однофазным переменным током неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона. Техническая характеристика установки УДГ-301 и УДГ-501 приведена в табл., а горелок установок УДГ - в табл.2.
Для заварки трещины в поддоне выбрана установка УДГ-301, которая соответствует всем требованиям и режимам, необходимым для проведения данной работы.
Таблица 1. Характеристика установок для сварки легкоплавких сплавов.
Таблица 2. Горелка для установки УДГ-301.
6. Контроль сварного шва
Т.к. изделие (поддон) относится к 3-ей категории сварных соединений (ответственное), то следует для контроля сварного соединения применить визуальный осмотр (100%).
Примечание:
Все режимы и параметры, приведенные в данной работе, подобраны согласно справочникам.
Список литературы
1. Николаев "Сварка в машиностроении. Том 2", М.: Машиностроение, 1978 г.
2. Волченко "Сварка и свариваемые материалы" М.: Машиностроение, 1991 г.